专利名称：切换数字电视节目的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及快速切换数字电视节目的方法和装置。
某些年前，随着数字电视的出现，电视观众的习惯已经改变了。在已经接受了付费台的概念之后，通过设置卫星接收，可以向他提供几十个电视节目。与这个新技术有关的标志“数字”使消费者放心。对于大量的公众，特别是，因为CD的出现，“数字”已经成为“质量”的同义语。
然而，数字设备的潜在购买者不需要明白有关这个新系统的某些限制。由于卫星接收，他的设备的某些功能已不再可能使用了，例如，显示一个节目而同时记录另一个节目。他也必须等候几秒钟从一个节目换到另一个节目。
确实，当电视观众靠着遥控器的帮助指示，他希望变换电视节目，数字解码器必须完成许多操作，该操作导致空闲等待时间--考虑请求在节目进行中，直接考虑节目的数量或增加/减少节目的数量--计算节目的参数调制频率、节目识别器(用于信息包识别器的PID标准)、…--对于卫星接收，把信号分配到LNB区(用于低噪声区的首字母缩略词标准)这个信号指示解调频带(从10.75MHz到11.70GHz或11.70GHz到12.70GHz)--从正确频带的卫星接收返回压低解调频率，使得它位于950MHz和2150MHz之间--在想要频道频率的解码器电平上解调--信号的数字解调
--PID的滤波--等候内部类型的第一个图像(在MPEG标准中给出了定义)--视频解码和与音频同步--解码信号的解码器输出和分配到监视器把所有这些操作串起来就延长了空闲时间，导致黑色图像或在屏幕上冻结图像大约2到3秒钟。这些噪声阻碍了节目包的快速提供。
本发明的目的是克服上述缺点。他的主题是切换电视节目的一种方法，有关这些节目的信息以一种或几种压缩的视频数据流的形式被接收到、有关在中间类型图像或内部类型图像的的某些数据、选择的节目数据来源于对有关这个节目的数据流的当前数据的解码，其特征在于它检测，然后存储节目的内部类型的附加数据，而不是检测和存储选择的节目，根据切换新节目的要求，选择和解码有关这个新节目的存储的附加数据，然后，暂时发射，同时等待解码和发射新节目的当前数据，最后，对附加数据进行解码。
本发明的主题也是一种按照上述的方法对压缩的视频数据流编码的方法，其特征在于检测有关各种节目图像的数据，以便复制、处理、重新编码，然后，将其插入每一个数据流中作为附加的数据。
按照变体的实施例，在压缩视频数据流中，根据检测内部类型的图像复制附加的数据。
按照另一个变体，在压缩视频数据流中，根据检测内部类型的图像复制附加的数据。
按照另一个变体，处理方法减少了提取的图像的分辨率。
按照另一个变体，附加数据也包括补充数据。这些补充数据与节目的编号或名称有关或与节目的开始或结束时间有关，或与就要到来的节目有关或与电视台广播节目的图标有关。
按照一个变体，附加数据也被用于在图像中创建小图像(PIP模式)。
按照一个变体，附加数据被用于创建镶嵌幕或交互电子节目指南。
按照一个变体，数据流是MPEG 2编码数据流，有关附加数据的数据包被传输而不是节目被传输。
按照一个变体，数据流是MPEG 4编码数据流，附加数据是要求景物重建的数据，按照标准，将这些数据插入这个数据流。
本发明的主题也是一种用于切换电视节目的装置，以一种或几种压缩的视频数据流的形式接收有关节目的信息、有关内部类型图像或其他内部类型图像的的某些数据，装置包括用于解码的电路，该电路根据接收的数据流和有关显示的节目的数据流的当前数据解码，其特征在于电路也包括--电路，用于检测有关节目的内部类型图像的附加数据而不是显示的节目--电路，用于存储这些数据--电路，用于选择存储的数据，完成的选择是根据遥控解码电路给出被显示的新节目的信息--电路，用于对选择的数据进行解码--切换电路，接收当前数据的解码器的输出和选择数据的解码器输出，以便对装置的输出暂时切换选择的数据。
本发明的主题也是一种为完成上述方法对数字电视信号编码的装置，其特征在于包括用于检测和复制有关各种可用节目图像的数据的电路、用于解码，然后，重新编码复制数据的电路和把重新编码的数据插入数据流的电路。
本发明的主要优点是，当从一个节目换到另一个节目时，依靠把附加数据插入数字数据流，它插入数字电视呈现的空闲时间内。
作为例子，根据景物合成和主题，它使用MPEG-4标准提供的可能性。
本发明的特点和优点将通过阅读下面的论述、给出的例子和参考附图变得很明显。
图1是按照本发明对数字数据流编码的装置。
图2是本发明切换电视节目的装置。
在本例中，按照MPEG 2标准，基于卫星的数字电视信息包的接收在于选择频率(传输的选择)，接收对应的压缩信号和传输信号，然后，解调这个信号，这是“调谐器”功能。解调的信息是传输数据流(或在MPEG2标准中的TS)，该数据流由一次转换几个节目的一串信息包构成。
MPEG-2系统标准为多路传输和识别信息包确定了规则。因此，下一步是选择对应要求节目的信息包，这是多路传输功能。这样产生了“视频”、“音频”和“辅助数据”信息包(这些辅助数据按一定标准确定，并不要与本发明的附加数据或辅助信息混淆)。
对于每一种类型的数据，存在对应的特殊解码--视频解码按照MPEG标准，在发射信号的解码期间，视频信号已经被分成为图像组或GOP，对于每一个图像，按照I、P或B分类(I是内部、P是预测、B是双向)。MPEG-2压缩的目的是消除信号的空间和时间的多余信息。图像被分成为8×8像素的区域。GOP的第一幅图像是唯一的以内部模式编码的图像(I图像)离散的余弦变化(DCT)被应用到原来图像的每一个区域，并获得量化的系数。I图像将作为解码级的参考。
对于P图像，只是与每一个像素(剩余区域)有关的预测误差与至少与每一个区域有关的一个运动矢量一起被发射。预测误差由源图像和预测图像之间的差别所计算，预测图像是重建的参考图像和基于运动矢量的运动补偿图像。事实上，在DCT和量化之后，只有这个误差被传输。
同样地，对于双向类型的B图像，只有预测误差被传输。这个量化的误差是粗略的，所以B图像决不能作为其他图像解码的参考。
在解码期间，P图像的重建是基于前面的I或P图像完成的，并使用与区域有关的运动矢量预测图像。然后，预测误差信息被附加到所获得的最后图像。
基于I和P图像，通过双向内插法重新计算B图像。
应当注意，当从一个节目换到另一个节目时，以编码系统的观点看，必须等候I图像开始解码。最常用的GOP尺寸是12幅图像，在本例中，I图像是12幅。
--音频解码这个解码与视频解码并行完成。有关这个解码的处理量是相当低的，音频信号在解码器的输出端与视频信号重新同步。当从一个节目换到另一个节目时，音频的切换时间是音频帧的顺序。就是说，几十毫秒(从1到2视频图像的顺序)。
最初，MPEG-4必须允许改善传输信息的压缩率。在标准化过程中，MPEG-4已经成为比较一般的允许低压缩率的“工具箱”，但同时，也引入编码的新概念，例如“视频对象”的概念(VOP表示视频对象平面)。因此，可以同时传输几个视频对象，包括这些对象的最后景物的特征也在数据流中被压缩和被传输。因此，MPEG-4解码器必须恢复这些景物并对组成的对象进行解码。
由MPEG-4引入的新概念存在于把实物看作为对象的这些概念和基于不同的对象重建景物的概念。按照本发明的一个变体，这些概念就是实施本发明所用的概念。
当从一个节目换到另一个节目时，为限制空闲时间，必须立刻得到对应所选择的新节目的信息。因此，在MPEG数据流层级上，该思想是插入对应电视观众可能选择的各种节目的附加数据。在MPEG4的例子中，通过把对象与属于节目的每一个信息项联合起来，构成了对象的标准概念。为快速切换和能够立刻显示选择节目的内容，对应的对象必须包括有关这个节目的相关信息。这将至少是在节目中传输图像的表示，可能是某些文本、图形信息(标识语)或有关的声音。为减少传输附加数据的量，对这些对象，也可能用子样本进行压缩。主要的想法是能够快速确定所选择节目的内容而没有等候2或3秒时间。另一方面，获得的信息即不需要距节目很近也不需要与节目有相同的分辨率。主要的目的是能够确定包括哪一个节目。
因此，按照本发明的切换装置，在它的存储器中，包括对应附加数据的压缩信息，当用户要求进入给定的节目时，对其进行解码。相对于完成节目切换的操作，这个解码是很快的，因为只考虑要求和必须的解码。因此，用户将从最初的节目换到要求节目的静止图像，然后换到“实况”节目本身。
可以使用某些效果巧妙处理和给出包含在这些附加数据中的信息慢转换、反页、镶嵌幕、水平或垂直滚动等。当这些图像形成这些附加数据的部分时，它也可以接收包括文本或图形信息的视频数据包。
由节目提供者预先确定的各种表现模式的描述信息可以被传输。表现模式也可以由每一个用户自己确定，用户不仅可以选择视觉外观，也可以在节目中选择搜寻模式(根据主题或偏好创建列表)。
图1描述了本发明的编码装置，用于插入附加数据完成编码处理。
这样的设备安装在节目传输的点上，或在生产线中的该点的其他上游。它可以工作在开始的音频/视频数据流中，或工作在早已经被编码和多路传输的数据流中。
下面论述第二个解决方案。
一组接收装置接收来自节目提供者的数字数据流。每一个输入装置接收不同节目的补充信息，如文本、电视台的标识语等。
一组输入装置的每一个输入i分别连接到多路分用电路1i，然后，连接到解码和选择电路2i。解码和选择电路2i的输出连接到重新编码电路3的输入端。该电路把信息发送到前置多路复用附加数据的电路4。接收补充信息的装置的第二输入连接到表现模式创建电路5，电路5的输出连接到前置多路复用电路4的第二输入端。电路4输出的信息被发送到附加数据插入电路6。最后，中央处理和控制电路7连接到各种电路，以控制和管理同步信号。
因此，在本例中，按照MPEG 2标准编码传输数据流TS，每一个输入数字数据流i被发送到多路分用电路1i。
传输数据流由多路传输基本数据流构成(ES)。每一个数据流TS对应几个电视节目，例如，10个节目，通过PID识别报头(信息包识别器)，在其他内容中识别出对应节目的数据信息包。
多路分用电路1i对每一个传输数据流i进行多路分用，以便提取对应各种节目的基本数据流。这些基本数据流ES被发送到解码和选择电路2i。每一个电路分析每一个ES数据流的结构，并按照给定的顺序提取每一个PID报头的图像。提取的数据是一般的内部类型图像数据。这个选择可以在固定周期进行，或作为有效的瞬间变化的函数。提取的数据也可以是内部类型的图像，然后，根据前面提取的数据，对该图像进行解码。
根据应用的编码程序细节，重新编码装置3具有对解码和选择电路2i发送的选择图像重新编码的功能，就是说，使用全部或某些下面的技术，允许或大或小的压缩发送的附加数据--空间滤波和二次取样--时间滤波和二次取样--量化间隔的调整--根据前面选择和编码图像的子集，考虑每一个节目的空间多余信息。
解码和选择电路以及重新编码电路也涉及到音频。
用于确定表现模式的景物描述电路5对于每一个节目接收提供在编码装置的输入端的补充数据，例如，节目编号、名称、广播开始和结束时间、下一次开始和结束时间等，以便能在其他内容中把文本信息增加到图像。可以确定各种表现模式用于视听数据的合成(图像+文本+图形+声音)。
前置多路复用电路4完成从重新编码电路3接收的各种视听数据和从景物描述电路5接收的涉及表现模式的数据的信息包化合同步化。
最后，所有这些数据由数据插入电路插入TS数据流，来自前置多路复用电路4的附加数据插入每一个开始TS数据流。
设备的中央/控制平台7同步各种交换的信号。
在数字信息包中，存在电视观众可以选择的大量的节目，如，几十个节目，但选择所有节目不是必须的，并且使每个观众受益于大量信息也不是必须的。传输在MPEG数据流上的附加信息(附加数据)必须代表相对于开始数据流的低数据量。因此，使用的许多原理必须具有限制施加该信息量的功能--对于每一个节目，必须限制信息量不要超载MPEG数据流，另一方面，在解码器级，限制所要求的存储器完成该功能。例如，视频信息将是欠取样的，并被大大地压缩。如同前面所述，如果电视观众希望仍然在该节目上，在获得全部分辨率之前，本发明的目的是快速调换节目的内容。因此，使得低分辨率的静止图像持续2或3秒是可能的。
--静止图像必须定期更新，以便它的内容总是代表节目的实际内容。例如，每30秒更新一次，如果内容要求(瞬间变化、传输变化等)，则增加更新。在MPEG数据流中发送的这个更新信息由解码器中间截取，解码器存储电视观众可能要求的更新信息。然后，新图像将更新早已经在存储器中的图像，该图像可能在以后使用。
--可以比较经常地更新音频和文本信息，以便它包含较少的有效信息量。因此，在已经过去的时间期间，把节目的名称写到另一个节目开始之前的剩余时间上是可能的。所有这些信息被经常更新，并存储在解码器的存储器中。
--在可选取的节目是大量的情况下，限制了本地存储能力，限制如下存储信息是可能的●由用户确定的优选节目●节目的号码类似于当前节目，例如5或10之上或之下，以至允许用通常的遥控键节目(+)和节目(-)切换，用户事先根据兴趣排列他的电视台●节目类型，例如，主题●节目准备开始或最近已经开始。
当然，这个列表是不完全的，选择的标准可由用户确定。
图2描述了实施本发明方法的节目切换装置。
一组输入端或一个输入端接收到传输信息流TS，并传输到低噪声部件8。部件8输出的信号传输到多路分用电路9。该电路的第一个输出把节目的视频和音频数据发送到解码电路11，如前所述，第二输出把加在解码电平和与其他节目有关的附加数据发送到存储电路10。然后，这个后面的信息被发送到对附加数据解码的电路12。切换电路13接收来自两个解码器11和13的信息、有关显示的节目的信息、其他节目的信息，以及，来自遥控解码电路14的信息，以便在装置的输出端提供视频图像。
遥控解码电路14接收遥控RC信息，并发送电路8、电路9和电路10的第二输出端的数据。
接收电路8包括低噪声部件LNB，作为转发器的该部件接收来自编码器的各种数据流TS。在这个电路的第二输入端接收来自遥控解码电路14的信息，在其他内容中，一个信号显示选取了哪一个节目或有关节目的哪一个频带被选取了。电路8也包括解调器，它的功能是放大、选择和解调作为选择节目的函数的信号。在他的输出端，提供包括几个节目(约8个)的数据流，包括通过遥控选择的一个。不管所选择的频带，附加数据呈现在所有数据流中，它们可在所选择的传输数据流中得到。
多路分用电路9从遥控解码电路14接收信号，该信号指明从输入的传输数据流中必须选择的节目信号。从这个数据流，电路提取对应选择节目的信息包，信息包对应附加数据，就是说，节目内部类型图像和用于视频数据包的补充信息。通过第一输出端，把对应所选择节目的信息包或当前数据发送到对节目解码的电路11，通过第二输出端，把对应附加数据的信息包发送到存储器10。对当前节目解码的电路11完成了从多路分用电路接收的信息包的解码。这就是在当前数字解码器中发现的功能。
随机存储器(RAM)类型的存储器10从多路分用电路9接收附加数据信息包，以便在有关PID地址上存储该信息，并代替对应相同节目的以前的信息，因此，该信息被重写(数据更新)。当电视观众要求新节目时，遥控解码部件14产生一个包含这个新节目信息的存储器的地址，因此，存储器立刻被读出，并立刻将该信息发送到附加数据解码器12。这个过渡信息的解码立刻由电路12完成。因为该信息只包括内部模式的编码信息(静止图像)，所以解码时间是图像的顺序或甚至少于所允许的计算功率。
最后景物由切换电路13重建。通过利用来自对附加数据12进行解码的电路数据的分离电路，可以很好地完成景物重建功能。
当提出切换请求时，遥控解码部件14把信号传输到切换电路13，在切换电路的输出端，把来自解码电路11的显示的节目数据，替换为由该切换电路在其景物重构功能中根据来自解码电路12的附加数据计算的过渡信息。当进行新节目完整的解码时，过渡信息依次由选择的新节目的当前数据代替。当然，由该电路完成的功能可以比两个输入端之间的简单切换复杂得多。因此，实现一个情节是可能的，并以复杂的方式从老的节目(解码器11的输出)换到新的节目(解码器12)成为可能。
根据本发明，由电视观众和在解码器输出端要求信号出现实现控制之间的响应时间被大大减少了。在当前解码器中存在的2至3秒空闲时间是由于要求的路线决定的，它们必须作用在LNB、然后，作用在多路分用电路，之后，作用在数字解码。本发明使得限制读出存储器和内部解码是可能的，因此，获得图像周期(20ms)级的响应时间是可能的。因此，将2至3秒减少到几个图像周期，当人们希望快速换到另一个节目时，这个时间是可接受的，例如，当浏览节目时。
在MPEG标准和卫星传输的情况中，节目对应4Mbits/s的平均信息量。例如，低于标准图像分辨率4倍的内部图像对应10Kbit/s的编码量级，如果每10秒传送该内部图像，则给出10Kbits/s的速率。因此，在每一个转发器上，对于100个节目的发送数据对应1Mbits/s量级的信息量。
可以发送附加数据而不是节目，或作为各种节目的数据的补充，例如，通过稍微减少它们的信息量。然后，可以选择这个节目(电视台)，以便显示有效电视台数目的镶嵌幕。
本发明的应用涉及通过对切换装置编程自动变换节目。
以相同的方式，当视频纪录器根据它的时钟编程时，根据与选择节目的开始时间有关的MPEG信息流的传送信息，由于对应从MPEG数据流的读取时间，对这个节目的自动切换编程是可能的。
本发明的另一个应用涉及创建插入物，已知为PIP，代替图像中的表示图像。如果人们选择了多窗口，这些显示的图像或图像不要求几个数据流的完全解码。在PIP窗口中显示的补充信息可能“监视”另一个节目，例如，新转播的开始。
权利要求
1.一种用于编码与电视节目有关的压缩视频数据流编码的方法，用于节目切换的数据流的传输，其特征在于从各种压缩的视频数据流检测有关各种节目图像的数据(1i、2i)，以便复制、处理(3)、重新编码(3)，然后，将其插入(6)每一个数据流中作为附加的数据，获得修改的数据流。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于在压缩视频数据流中，根据检测内部类型(2i)的图像复制附加的数据。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于在压缩视频数据流中，根据检测中间类型的图像复制附加的数据。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于处理方法(3)减少了提取图像的分辨率。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于附加数据也包括补充数据。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于这些补充数据与节目的编号或名称有关或与节目的开始或结束时间有关，或与就要来到的节目有关或与电视台广播节目的图标有关。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于附加数据被用于创建镶嵌幕或交互电子节目指南。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于数据流是MPEG 2编码数据流，有关附加数据的数据包被传输而不是节目被传输。
9.按权利要求1所述的方法，其特征在于数据流是MPEG 4编码数据流，附加数据是要求景物重建(13)的数据，按照标准，将这些数据插入这个数据流。
10.按权利要求5所述的方法，其特征在于补充数据包括即时切换节目。
11.按权利要求1所述的方法，其特征在于附加数据也被用于在图像中创建小图像(PIP模式)。
12.按权利要求1所述的方法，有关这些节目的信息以一种或几种压缩的视频数据流的形式被接收到，一些数据与在中间类型图像或内部类型图像有关，所选择节目的数据来源于对有关这个节目的数据流的当前数据的解码(11)，其特征在于检测(8、9)，然后存储(10)节目的内部类型的附加数据，而不是检测和存储选择的节目，根据切换新节目的要求(14)，选择(10)和解码(12)有关这个新节目的存储的附加数据，然后，暂时发射(13)，同时等待解码和发射新节目的当前数据，最后，对附加数据进行解码。
13.按权利要求1所述的方法，用于切换电视节目的装置，以几种编码的压缩视频数据流的形式接收有关节目的信息，一些数据与在中间类型图像或内部类型图像有关，装置包括用于解码的电路(11)，该电路根据接收的数据流解码与所显示节目有关的数据流的当前数据，其特征在于电路也包括--电路(8、9)，用于检测有关节目的内部类型图像而不是显示的节目--电路(10)，用于存储这些数据--电路(10)，用于选择存储的数据，根据给出被显示的新节目信息的遥控解码电路14完成选择--电路(12)，用于对选择的数据解码--切换电路(13)，接收当前数据的解码器(11)的输出和选择数据解码器(12)的输出，以便对装置的输出暂时切换选择的数据。
14.按权利要求1所述的方法，为完成上述方法对数字电视信号编码的装置，其特征在于包括用于检测和复制有关各种可用节目图像的数据的电路(1i、2i)、用于解码的电路(2i)，然后，对复制数据重新编码(3)的电路和把重新编码的数据插入数据流的电路(6)。
全文摘要
一种用于切换电视节目的方法其特征在于检测(8、9),然后存储(10)节目的内部类型图像而不是显示的节目,根据切换新节目的要求(14),选择(10)和解码(12)存储有关这个新节目的附加数据,并暂时发射(13),同时等待对新节目的当前数据的解码和传输,最后,对附加数据解码。该应用例如涉及浏览节目。
文档编号H04N7/24GK1278138SQ0010916
公开日2000年12月27日 申请日期2000年6月13日 优先权日1999年6月18日
发明者迪迪埃·杜瓦扬, 洛朗·布隆德, 米歇尔·凯尔德朗瓦 申请人:汤姆森多媒体公司